DE4429383A1

DE4429383A1 - Time and space-resolved fluorescence and scattered light measurement

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Publication number: DE4429383A1
Application number: DE4429383A
Authority: DE
Original assignee: Europhoton Gesellschaft fuer Optische Sensorik GmbH
Current assignee: Europhoton Gesellschaft fuer Optische Sensorik GmbH
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1996-02-15

Abstract

The system for time and spatially resolved fluorescence or scattered light spectroscopy (TSCSPC) measures the decay curves of fluorescence or scattered light in a sample medium by single photon measurements for a range of wavelengths and spatial coordinates using a twin-beam method. The system contains a pulsed light source (1), half-silvered mirror (2), spatial resolver (3) consisting of a polychromator or light fibre bundle with time resolver (4) consisting of a microchannel plate photomultiplier tube with delay line anode (DL-MCP-PMT). An electronic unit (5) contains a synchroniser (6) and measures timing inputs from resolver (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zeit- und ortsaufgelösten Fluoreszenz- und Streulicht-Spektroskopie gemäß dem Oberbegriff der Ansprü che 1 und 2.The invention relates to a method and a device for time and location resolved fluorescence and Scattered light spectroscopy according to the preamble of the claims che 1 and 2.

Fluoreszenz- und Streulichtmessungen haben heute ein brei tes Anwendungsgebiet, wie z. B. die Bestimmung der Eigen schaften von Polymeren, die Erforschung der Photosynthese und viele Anwendungen in der medizinischen und biologischen Forschung und Entwicklung, wie DNA-Sequenzierung (Fluores zenzlicht) oder optische Tomographie (Streulicht). Auf dem Gebiet der Fluoreszenz- und Streulichtmessung ist die zeit- und ortsauflösende Einzelphotonen-Zählung (TSCSPC) Spektro skopie eine der neusten Entwicklungen. Hiermit ist es möglich, Zeit- und Ortsinformationen von schwach emittieren den Quellen simultan zu erfassen. Fluorescence and scattered light measurements have a lot to do today tes application, such as. B. the determination of the Eigen polymers, research into photosynthesis and many uses in medical and biological Research and development, such as DNA sequencing (Fluores zenzlicht) or optical tomography (scattered light). On the The field of fluorescence and scattered light measurement is the and spatially resolving single photon counting (TSCSPC) Spektro copy one of the latest developments. This is it possible to emit time and location information from weak to capture the sources simultaneously.

Aus der US-PS 5,148,031 ist eine Vorrichtung für die Erzie lung räumlich und zeitlich aufgelöster Meßwerte einer schwachen optischen Strahlung bekannt. Diese Vorrichtung weist eine gepulste Strahlungsquelle auf, der ein halbdurch lässiger Spiegel nachgeordnet ist. Die durch den Spiegel hindurchtretende Strahlung gelangt auf die zu untersuchende Probe. Die von der Probe hervorgerufenen Fluoreszenzen werden einem Polychromator zugeführt, dem ein photoelektro nischer Multiplier mit Delay-Line-Anode (Verzögerungslei tungs-Anode) nachgeordnet ist. Dieser weist zwei Ausgänge auf, von denen je einer an einem Zeit-Amplituden-Wandler anliegt.From US-PS 5,148,031 is a device for educating measurement of spatially and temporally resolved measured values of a weak optical radiation known. This device has a pulsed radiation source that is halfway through casual mirror is subordinate. The one through the mirror Radiation passing through reaches the one to be examined Sample. The fluorescence caused by the sample are fed to a polychromator, which is a photoelectro African multiplier with delay line anode (delay line anode) is subordinate. This has two outputs on, one each on a time-to-amplitude converter is present.

Die am halbdurchlässigen Spiegel reflektierte Strahlung wird auf eine Photodiode als Synchronisiereinheit gelenkt, deren Ausgang mit den zweiten Eingängen des Zeit-Amplitu den-Wandlers verbunden ist. Die Ausgänge des Zeit-Amplitu den-Wandlers sind wechselseitig mit einem Addierer bzw. Subtrahierer verbunden, deren Ausgänge an einer Datenspei cher- und Prozeßeinheit liegen.The radiation reflected on the semi-transparent mirror is directed onto a photodiode as a synchronization unit, whose output with the second inputs of the time amplitude the converter is connected. The outputs of the time amplitude the converters are alternately with an adder or Subtractor connected, the outputs of which are connected to a data memory cher and process unit are.

Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß Fehler, wie z. B. Langzeitdriften, Verschiebungen der Intensität, Wellen länge und des Zeitverhaltens der Strahlungsquelle und/oder der Elektronik, sowie Farb- und Intensitätsfehler des Elektronenvervielfachers nicht korrigiert werden können.This device has the disadvantage that errors such as e.g. B. Long-term drifts, shifts in intensity, waves length and the time behavior of the radiation source and / or the electronics, as well as color and intensity errors of the Electron multiplier can not be corrected.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Ortsauflösung nur entlang einer Ortskoordinate erhalten werden kann.Another disadvantage is that the spatial resolution can only be obtained along a location coordinate.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die zeit- und raumaufgelöste spektroskopische Meßmethode dahingehend zu verbessern, daß alle intrinsischen Fehler des Meßsystems korrigiert werden und daß zusätzlich wahlweise eine echte zweidimensionale Ortsauflösung erreicht wird.The invention is therefore based on the object of and space-resolved spectroscopic measurement method to improve all intrinsic errors of the measuring system be corrected and that in addition optionally a real one two-dimensional spatial resolution is achieved.

Erfindungsgemäß wird das bei einem Verfahren zur optischen Spektroskopie dadurch erreicht, daß der zeitliche und räumliche Verlauf der Intensität des Abklingverhaltens der durch Lichtbestrahlung in einer Probe hervorgerufenen Fluoreszenzen bzw. Streuung durch Einzelphotonenzählung für eine Vielzahl von Wellenlängen bzw. Ortskoordinaten im Zweistrahlverfahren simultan ermittelt wird.According to the invention, this is done in a method for optical Spectroscopy achieved in that the temporal and spatial course of the intensity of the decay behavior of the caused by light irradiation in a sample Fluorescence or scattering by single photon counting for a variety of wavelengths or location coordinates in the Two-beam process is determined simultaneously.

Insbesondere wird der zeitliche und räumliche spektrale Fluoreszenz- bzw. Streulichtverlauf abwechselnd für die Probe und für eine Referenz im Sekunden- oder Subsekunden takt ermittelt und diese Signale werden anschließend am Ende der Messung zur Korrektur von Systemfehlern miteinan der verkoppelt.In particular, the temporal and spatial spectral Fluorescence or scattered light course alternately for the Sample and for a reference in seconds or sub-seconds clock and these signals are then on End of measurement to correct system errors that couples.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine "Globalanaly se" durchgeführt werden, d. h. eine simultane Analyse von mehreren Fluoreszenz- bzw. Streulichtabklingkurven unter Kopplung eines Parameters oder mehrerer Parameter. Weiter hin erfolgt eine automatische Zuordnung der wellenlängen- bzw. ortsabhängigen Fluoreszenz- bzw. Streulichtverfallskur ve mit den zugehörigen Streulicht- bzw. Pseudostreulicht-Re ferenzkurven, die beide paarweise in einer "Konvolution" in der Analyse verwendet werden. In the method according to the invention, a "global analysis se ", i.e. a simultaneous analysis of several fluorescence or scattered light decay curves below Coupling one or more parameters. Next there is an automatic assignment of the wavelength or location-dependent fluorescence or scattered light decay curve ve with the associated stray light or pseudo stray light re reference curves, both in pairs in a "convolution" in analysis.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können mehrere Proben und Referenzen durch den Lichtstrahl nacheinander abgetastet werden, indem entweder die Proben bzw. Referenzen nacheinander in den Lichtstrahl geschoben werden oder der Lichtstrahl über die Proben und Referenzen ge scannt wird.In the method according to the invention, several samples can and references by the light beam one after the other can be scanned by either sampling or References are pushed one after the other into the light beam or the light beam over the samples and references is scanned.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer gepulsten Strahlungsquelle, einem Strahlungsteiler, einer Einheit zur Ortsauflösung, die mindestens einen Polychromator oder eine andere Einrichtung zur Ortsauflö sung, z. B. ein Faserbündel aufweist, mit einem photoelek tronischen Multiplier mit der Fähigkeit zur Ortsauflösung, z. B. einer Delay-Line-Anode bzw. eine Multianoden-Vorrich tung sowie mit einer Einheit zur zeitlichen Auflösung, die Zeit-Amplituden-Wandler, Addierer und Subtrahierer sowie einen Daten-Speicher und Prozeßeinheit aufweist und der eine Synchronisiereinheit zugeordnet ist, ist erfindungsge mäß dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsquelle ein zu untersuchendes Objekt und ein Referenz-Objekt zugeordnet sind und daß mindestens eine den Polychromator bzw. eine andere Einrichtung zur Ortsauflösung wahlweise mit der Pro be bzw. der Referenz optisch verbindende Einrichtung vorgesehen ist.A device for performing this method with a pulsed radiation source, a radiation splitter, a spatial resolution unit that has at least one Polychromator or other location resolver solution, e.g. B. has a fiber bundle with a photoelek tronic multiplier with the ability for spatial resolution, e.g. B. a delay line anode or a multianode device as well as with a unit for temporal resolution, the Time-to-amplitude converters, adders and subtractors as well has a data storage and process unit and the a synchronization unit is assigned is fiction moderately characterized in that the radiation source investigating object and a reference object assigned and that at least one is the polychromator or one other facility for spatial resolution optionally with the Pro be or the reference optically connecting device is provided.

Für die Aufnahme des zu untersuchenden und des Referenz-Ob jektes kann eine Probenzelle und eine Referenzzelle vorge sehen sein, die flüssige Proben und Referenzmaterialien enthalten. For the inclusion of the object to be examined and the reference ob jektes can a sample cell and a reference cell be see the liquid samples and reference materials contain.

Die Vorrichtung kann aber auch für die Untersuchung licht durchlässiger oder -undurchlässiger Proben ohne Proben- bzw. Referenzzelle verwendet werden, indem die optisch verbindende Einrichtung in direktem Kontakt auf der Vorder bzw. Rückseite mit der Probe und der Referenz steht.The device can also light for the examination permeable or impermeable samples without samples or reference cell can be used by the optically connecting device in direct contact on the front or back with the sample and the reference.

Die optisch verbindende Einrichtung kann in unterschiedli cher Form ausgeführt sein. So ist es möglich, daß zwischen der Meßzelle und der Referenzzelle einerseits und dem Polychromator andererseits als optisch verbindende Einrich tung ein Lichtleiter vorgesehen ist, dessen eines Ende mit dem Polychromator fest verbunden ist und dessen anderes Ende sowohl der Referenzzelle als auch der Meßzelle zuorden bar ist. Bei dieser Vorrichtung wird also das eine Ende des Lichtleiters zwischen der Referenzzelle und der Meßzelle hin- und hergeschwenkt.The optically connecting device can differ cher form. So it is possible that between the measuring cell and the reference cell on the one hand and the Polychromator on the other hand as an optically connecting device device a light guide is provided, one end of which the polychromator is firmly connected and its other Assign end of both the reference cell and the measuring cell is cash. In this device, one end of the Optical fiber between the reference cell and the measuring cell swung back and forth.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß im Strahlengang vor dem Polychromator als optisch verbindende Einrichtung ein wahlweise in den Strahlengang zwischen Polychromator und Meßzelle bzw. Polychromator und Referenzzelle einschwenkbarer Spiegel vorgesehen ist.Another possibility is that in the beam path in front of the polychromator as an optically connecting device an optional in the beam path between polychromator and measuring cell or polychromator and reference cell pivotable mirror is provided.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß als optisch verbindende Einrichtung je ein der Probe bzw. der Referenz fest zugeordnetes Lichtleitfaserbündel vorgesehen ist, die abwechselnd in den Strahlengang des Polychromators bzw. einer anderen Einheit zur Ortsauflösung einschwenkbar sind. In a further embodiment it is provided that as optically connecting device each one of the sample or Reference permanently assigned optical fiber bundle provided which is alternating in the beam path of the polychromator or another unit for spatial resolution are.

Die Einrichtung zur wahlweisen optischen Verbindung des Polychromators mit der Meß- bzw. der Referenzzelle ist mit einer Steuereinheit verbunden, die eine Verschiebeeinrich tung und einen Timer aufweisen sollte. Die Verschiebeein richtung ist zweckmäßig über eine mechanische Verbindung mit dem in seiner Lage zu verändernden Bauteil wie dem Lichtleiter bzw. Spiegel verbunden.The device for optional optical connection of the Polychromators with the measuring or reference cell is included connected to a control unit, which is a displacement device device and should have a timer. The shifting direction is expedient via a mechanical connection with the component to be changed in its position like that Light guide or mirror connected.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, daß die Einheit zur räumlichen Auflösung eine Vorrichtung zur Strahlaufweitung aufweist, der im Strahlengang eine licht durchlässige Probenplatte zugeordnet ist und daß der Proben platte ein Lichtleiterbündel nachgeordnet ist, das mit einem Zeit-Raumdetektor optisch verbunden ist. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, eine Vielzahl von Proben gleich zeitig zu untersuchen. Die Probenplatte enthält dazu eine Vielzahl von Probenzellen, die in m Spalten und n Zeilen geordnet sind, wobei in einer Zeile die Probenzellen als Re ferenzzellen dienen und in n-1 Zeilen die Probenzellen als Meßzellen dienen. Die Vorrichtung zur Strahlenaufweitung besteht aus n Lichtleitfasern und der das Licht sammelnde Lichtleiter weist ebenfalls n-Lichtleitfasern auf. Auch in diesem Fall ist eine Steuereinheit vorgesehen, die eine Ver schiebevorrichtung mit Schrittschaltcharakter für die Probenplatte sowie einen Timer aufweist. Bei dieser Vorrich tung wird also die erste Zeile der n Zeilen der Probenplat te für die Referenzmessung genutzt, während die übrigen Zeilen Proben enthalten, die simultan in einer Zeile und Zeile für Zeile durch Verschiebung der Probenplatte analy siert werden. Another expedient embodiment provides that the Unit for spatial resolution a device for Beam expansion has a light in the beam path permeable sample plate is assigned and that the samples plate is a fiber optic bundle downstream, with a time-space detector is optically connected. With this Device it is possible to equal a large number of samples to investigate early. The sample plate contains one Variety of sample cells in m columns and n rows are ordered, with the sample cells as Re serve reference cells and in n-1 rows the sample cells as Serve measuring cells. The device for beam expansion consists of n optical fibers and the one that collects the light Light guide also has n-type optical fibers. Also in In this case, a control unit is provided which has a ver sliding device with step-by-step character for the Has sample plate and a timer. With this device device becomes the first line of the n lines of the sample plate te used for the reference measurement, while the rest Rows contain samples that are simultaneous in a row and Line by line by moving the sample plate analy be settled.

An Stelle der Verschiebung der Probenplatte ist es möglich, die Probenplatte rasterartig abzutasten und für die notwendige Ablenkung des Laserstrahls einen computerge steuerten beweglichen Spiegel vorzusehen.Instead of shifting the sample plate it is possible to scan the sample plate like a grid and for the necessary deflection of the laser beam a computerge controlled to provide movable mirrors.

Eine weitere Möglichkeit der Abtastung der Proben besteht in der Anwendung der konfokalen Laser-Scanning-Lichtmikro skopie.Another possibility is to scan the samples in the application of confocal laser scanning light micro scopie.

Um zu gewährleisten, daß bei sehr großem Datendurchsatz eine Einzelphotonenzählung durchgeführt wird, daß also nicht bei Auftreffen eines Photons auf die Katode das durch das vorhergehende Photon ausgelöste Meßverfahren noch nicht abgeschlossen ist, ist vorgesehen, daß die Ausgänge der Zeit-Amplituden-Wandler mit Eingängen einer Koinzidenzein heit verbunden sind, deren Ausgang mit der Datenspeicher- und Prozeßeinheit verbunden ist.To ensure that with very high data throughput a single photon count is done, that is not when a photon hits the cathode the previous photon measurement method has not yet been triggered is completed, it is provided that the outputs of the Time-to-amplitude converter with inputs of a coincidence are connected, the output of which is connected to the data storage and process unit is connected.

Es ist vorteilhaft, als Referenz, ein Pseudo-Streuelement, vorzusehen, z. B. die zu untersuchende flüssige Probe mit einem Elektronen-Akzeptor oder -Donator zu versetzen. Diese Referenz weist ein identisches Spektrum bei stark reduzier ter Fluoreszenzlebensdauer auf.It is advantageous, as a reference, a pseudo-scattering element, to provide, e.g. B. with the liquid sample to be examined an electron acceptor or donor. These Reference has an identical spectrum with a strongly reduced fluorescence lifetime.

Zur Erweiterung Ortserfassung um eine weitere Dimension ist es möglich, den an sich bekannten DL-MCP-PMT (microchannel plate photomultiplier tube mit Delay Line Anode) mit Hilfse lektroden zu versehen, der auch in Einstrahlkonfiguration ohne Referenzprobe einsetzbar ist. To expand location detection by another dimension it is possible to use the DL-MCP-PMT (microchannel plate photomultiplier tube with delay line anode) with auxiliary electrodes, also in single-beam configuration can be used without a reference sample.

Durch Anwendung der vorgenannten Maßnahmen wird ein Zweistrahl-Spektrometer für die TSCSPC-Spektroskopie mög lich, das die bekannten Fehler der Einstrahl-Methode besei tigt. Insbesondere werden die Langzeit-Drift der Strahlungs quelle, z. B. einer Laserstrahlungsquelle, sowie Farbfehler und Intensitätsfehler des Photoelektronenvervielfachers beseitigt. Weiterhin wird die Ortserfassung um eine zusätz liche Dimension verbessert.By applying the above measures, a Two-beam spectrometer for TSCSPC spectroscopy possible Lich, which has the known errors of the single-beam method does. In particular, the long-term drift of the radiation source, e.g. B. a laser radiation source, and color errors and intensity error of the photomultiplier eliminated. Furthermore, the location registration is an additional improved dimension.

Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended to be used in exemplary embodiments on the basis of Drawings are explained. Show it:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild des erfindungs gemäßen Systems; Fig. 1 is a simplified block diagram of the system according to the Invention;

Fig. 2 ein Blockschaltbild, bei dem die Raumkoordinate durch die Wellenlänge der beobachteten Fluo reszenz dargestellt wird, und bei dem ein bewegli cher Lichtleiter zwischen Polychromator und Probe bzw. Referenz vorgesehen ist; Fig. 2 is a block diagram in which the spatial coordinate is represented by the wavelength of the observed fluorescence, and in which a movable light guide is provided between the polychromator and the sample or reference;

Fig. 3 ein Blockschaltbild, bei dem die Raumkoordinate durch eine Vielproben-Platte erzielt wird; Fig. 3 is a block diagram, in which the spatial coordinate is achieved by a multi sample plate;

Fig. 4 ein Blockschaltbild mit einem Spiegel zwischen der Probenzelle und einer Referenzzelle; Fig. 4 is a block diagram showing a mirror between the sample cell and a reference cell;

Fig. 5 eine Anordnung mit zwei hin- und herschwingenden Lichtleiterbündeln. Fig. 5 shows an arrangement with two oscillating optical fiber bundles.

Fig. 6 eine Delay-line-Anode mit Zusatzanoden zur zweidi mensionalen Ortsauflösung. Fig. 6 shows a delay line anode with additional anodes for two dimensional spatial resolution.

Das System der Fig. 1 weist eine gepulste Lichtquelle 1 auf, z. B. einen Laser oder eine Blitzlicht-Lampe, einen halbdurchlässigen Spiegel 2, der den Lichtstrahl aufspal tet, eine Einheit 3 zur räumlichen Auflösung, z. B. einen Polychromator oder ein Faserbündel, sowie einen Zeit-Raum-Detektor 4 auf. Dieser Detektor 4 kann z. B. eine MCP-PMT mit Delay Line Anode (DL-MCP-PMT), ein Multianoden- Photomultiplier oder eine Variante des DL-MCP-PMT mit zusätzlichen Hilfsanoden, z. B. mit keilförmigen Elektroden (WE-DL-MCP-PMT) zur Aufnahme der zweiten Ortskoordinate, eine CCD-Zeile oder -Matrix oder ein anderer zeit- und raumauflösender Detektor sowie zusätzliche weitere Komponen ten aufweisen. Die Signalausgänge des Zeit-Raum-Detektors 4 sind mit den Eingängen einer Einheit 5 zur zeitlichen Auflö sung verbunden, die z. B. ein elektronischer Komplex mit Start-Stoppeingängen sein kann und z. B. einen Multiparame ter-MCA (MCA = multi-channel analyser) enthalten kann. Dieser elektronische Komplex liegt in Reihe zu einer Syn chronisiereinheit 6, z. B. einer PIN-Photodiode, die Refe renzlichtimpulse vom halbdurchlässigen Spiegel 2 erhält. Eine Steuereinheit 7 ist sowohl mit der Einheit 3 zur räum lichen Auflösung als auch mit der Einheit 5 zur zeitlichen Auflösung verbunden.The system of FIG. 1 has a pulsed light source 1 , e.g. B. a laser or a flash lamp, a semitransparent mirror 2 which splits the light beam, a unit 3 for spatial resolution, e.g. B. a polychromator or a fiber bundle, and a time-space detector 4 . This detector 4 can e.g. B. an MCP-PMT with delay line anode (DL-MCP-PMT), a multi-anode photomultiplier or a variant of the DL-MCP-PMT with additional auxiliary anodes, e.g. B. with wedge-shaped electrodes (WE-DL-MCP-PMT) for recording the second location coordinate, a CCD line or matrix or another time- and space-resolving detector and additional additional components. The signal outputs of the time-space detector 4 are connected to the inputs of a unit 5 for temporal resolution, the z. B. can be an electronic complex with start-stop inputs and z. B. may contain a multi-parameter MCA (MCA = multi-channel analyzer). This electronic complex is in series with a Syn chronisiereinheit 6 , z. B. a PIN photodiode that receives reference light pulses from the semi-transparent mirror 2 . A control unit 7 is connected both to the unit 3 for spatial resolution and to the unit 5 for temporal resolution.

Die Fig. 2 stellt ein detailliertes Blockschaltbild des Systems mit der Zweistrahl-Proben-Referenz-Konfiguration dar. Das System dient der Messung der wellenlängenabhängi gen Lebensdauer der fluoreszierenden oder streuenden Probe und weist die folgenden Komponenten auf:
eine gepulste Lichtquelle 1, z. B. ein Laser, einen halb durchlässigen Spiegel 2, eine Einheit 3 zur räumlichen Auf lösung mit einer Referenzzelle 8, die z. B. aus einem Streuelement oder Pseudostreuelement besteht. Weiterhin sind eine Probenzelle 9, Filter 10-13, ein Lichtleiter 14, z. B. ein optisches Quarz-Faser-Bündel oder eine Einzel faser, vorgesehen, der an einer mechanischen Verbindung 15 befestigt ist, die ihrerseits mit einer Steuereinheit 7 verbunden ist. Der Ausgang des Lichtleiters 14 ist an einen Polychromator 16 gekoppelt. Der Ausgang des Polychromators 16, der identisch ist mit dem Ausgang der Einheit 3 zur räumlichen Auflösung, ist mit der Vorderseite des Zeit- Raum-Detektors 4 (MCP-PMT) verbunden. Dieses PMT enthält eine Photokatode 17, zwei Vielkanalplatten 18 und eine Delay-Line-Anode 19 mit zwei Anschlüssen 20 und 21, deren Ausgangssignale nach Verstärkung (nicht dargestellt) an die "Constant-Fraction-Discrminators" (CFD) 22 und 23 gelangen. Die Ausgangssignale der CFD sind die Stopp-Eingangssignale für zwei Zeit-Amplituden-Wandler (TAC) 24, 25. Die Start- Eingangssignale für die TAC werden aus der Synchronisierein heit 6, z. B. einer schnellen Photodiode, hergeleitet, deren Ausgang wie im Fall der beiden Stop-Eingänge diskriminiert wird (nicht dargestellt). Start- und Stop-Signale können auch vertauscht werden (invertierte Konfiguration), wodurch ein erhöhter Datendurchsatz erzielt wird. Figs. 2 illustrates a detailed block diagram of the system with the dual beam sample reference configuration illustrates the system used to measure the gene wellenlängenabhängi life of the fluorescent or scattering specimen and has the following components.:
a pulsed light source 1 , e.g. B. a laser, a semi-transparent mirror 2 , a unit 3 for spatial resolution with a reference cell 8 , the z. B. consists of a scattering element or pseudo scattering element. Furthermore, a sample cell 9 , filters 10-13 , a light guide 14 , z. B. an optical quartz fiber bundle or a single fiber is provided, which is attached to a mechanical connection 15 , which in turn is connected to a control unit 7 . The output of the light guide 14 is coupled to a polychromator 16 . The output of the polychromator 16 , which is identical to the output of the unit 3 for spatial resolution, is connected to the front of the time-space detector 4 (MCP-PMT). This PMT contains a photocatode 17 , two multi-channel plates 18 and a delay line anode 19 with two connections 20 and 21 , the output signals of which, after amplification (not shown), reach the "constant fraction discriminators" (CFD) 22 and 23 . The output signals of the CFD are the stop input signals for two time-to-amplitude converters (TAC) 24 , 25 . The start input signals for the TAC are from the Synchronisierein 6 , z. B. a fast photodiode, whose output is discriminated as in the case of the two stop inputs (not shown). Start and stop signals can also be interchanged (inverted configuration), which results in increased data throughput.

Die Ausgänge beider TAC sind mit einem schnellen Analog- oder Digital-Addierer 26 bzw. einem Subtrahierer 27 verbun den. Subtrahierer und Addierer sind mit einer schnellen Da tenspeicher- und Prozeß-Einheit 28 verbunden, z. B. mit einem zweidimensionalen Vielkanalanalysator auf Transputer basis bzw. einem Signalprozessor. Eine elektromechanische Verschiebevorrichtung 29, die durch die Steuereinheit 7 ge steuert wird, ist mit dem Lichtleiter 14 durch die mechani sche Verbindung 15 verbunden und wird durch einen Timer 30 gesteuert, der in Reihe zur Datenspeicher- und Prozeß-Ein heit 28 liegt.The outputs of both TAC are connected to a fast analog or digital adder 26 or a subtractor 27 . Subtractors and adders are connected to a fast data storage and process unit 28 , e.g. B. with a two-dimensional multichannel analyzer based on transputer or a signal processor. An electromechanical displacement device 29 , which is controlled by the control unit 7 , is connected to the light guide 14 through the mechanical connection 15 and is controlled by a timer 30 , which is in series with the data storage and process unit 28 .

Das neue dieses Ausführungsbeispiels besteht also in dem schwenkbaren Lichtleiter 14 mit der mechanischen Verbindung 15 zu einer Steuereinrichtung 7, einer Referenzzelle 8 und die Verbindung der Steuereinheit 7 mit der Datenspeicher- und Prozeß-Einheit 28.The new of this exemplary embodiment thus consists in the pivotable light guide 14 with the mechanical connection 15 to a control device 7 , a reference cell 8 and the connection of the control unit 7 with the data storage and process unit 28 .

Die Fig. 3 stellt ein detailliertes Blockschaltbild des TSCSPC-Systems mit einer Vielprobenplatte dar, das für die simultane Bestimmung der Fluoreszenzänderungen von N flüssi gen oder festen Proben geeignet ist. Das System in Fig. 3 weist wiederum eine gepulste Lichtquelle 1, z. B. einen Laser, einen halbdurchlässigen Spiegel 2 sowie eine Einheit 3 zur räumlichen Auflösung auf. Die Besonderheit bei diesem Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Einheit 3 eine Vorrichtung zur optischen Strahlaufweitung des anregenden Laserstrahls, z. B. ein "zylindrisches" optisches System oder ein optisches Faserbündel aufweist. Weiterhin ist ein kohärenter Lichtleiter 32, der aus n Einzelfasern für die Sammlung des fluoreszierenden oder gestreuten Lichts be steht, vorgesehen, der von N Proben einer Reihe der zweidi mensionalen Probenplatte 33 ausgestrahlt wird. Die Vorrich tung zur optischen Strahlaufweitung 31, die Licht emit tiert, und der Lichtleiter 32 als Lichtsammler bestehen aus Quarzglas, um für UV-Licht durchlässig zu sein. Die Proben platte 33 trägt N Proben, die in n-Reihen 35 angeordnet sind, von denen jede m Proben 34 aufweist, so daß Fig. 3 shows a detailed block diagram of the TSCSPC system with a multi-sample plate, which is suitable for the simultaneous determination of the fluorescence changes of N liquid or solid samples. The system in FIG. 3 in turn has a pulsed light source 1 , e.g. B. a laser, a semi-transparent mirror 2 and a unit 3 for spatial resolution. The peculiarity of this embodiment is that the unit 3 is a device for optical beam expansion of the exciting laser beam, for. B. has a "cylindrical" optical system or an optical fiber bundle. Furthermore, a coherent light guide 32 , which consists of n individual fibers for collecting the fluorescent or scattered light, is provided, which is emitted by N samples from a row of the two-dimensional sample plate 33 . The Vorrich device for optical beam expansion 31 , which emits light, and the light guide 32 as a light collector are made of quartz glass to be transparent to UV light. The sample plate 33 carries N samples, which are arranged in n rows 35, each of which has m samples 34 , so that

N = n × mN = n × m

darstellt.represents.

Die erste Reihe 36 der n Reihen 35 enthält keine Probe und dient so als Referenzreihe zur Bestimmung der Hintergrund-Fluoreszenz und Streuung. Die Probenplatte 33 ist über einen Steg 38 an eine Verschiebevorrichtung 37 gekoppelt und wird durch die Steuereinheit 40 gesteuert. Die Verschiebevorrichtung wird durch einen Timer 30 gesteu ert, der seinerseits mit der Datenspeicher- und Prozeß-Ein heit 28 der Einheit 5 zur zeitlichen Auflösung verbunden ist. Alternativ kann der Laserstrahl über eine fixierte Pro benplatte gescannt werden, indem er über computergesteuerte bewegliche Spiegel eingekoppelt wird.The first row 36 of the n rows 35 contains no sample and thus serves as a reference row for determining the background fluorescence and scatter. The sample plate 33 is coupled to a displacement device 37 via a web 38 and is controlled by the control unit 40 . The displacement device is controlled by a timer 30 , which in turn is connected to the data storage and process unit 28 of the unit 5 for temporal resolution. Alternatively, the laser beam can be scanned over a fixed sample plate by being coupled in via computer-controlled movable mirrors.

Ausgänge der Zeit-Amplituden-Wandler 24 und 25 sind mit einer Koinzidenzeinheit 39 verbunden, deren Ausgang mit der Datenspeicher- und Prozeß-Einheit 28 verbunden ist. Die Koinzidenzeinheit ist nur bei hohem Datendurchsatz erforderlich. Das schmale Ende des kohärenten Lichtleiters 32 ist gegenüber der Photokatode 17 des Zeit-Raum-Detektors 4 mit der Verzögerungsleitungsanode 19 positioniert, deren Anschlüsse 20, 21 mit der Einheit 5 zur zeitlichen Auflö sung analog der Fig. 2 verbunden sind. Das Fenster des MCP-PMT kann zur besseren Ortsauflösung des Systems aus einem "Faseroptikfenster" bestehen. Outputs of the time-amplitude converters 24 and 25 are connected to a coincidence unit 39 , the output of which is connected to the data storage and process unit 28 . The coincidence unit is only required for high data throughput. The narrow end of the coherent light guide 32 is positioned opposite the photocatode 17 of the time-space detector 4 with the delay line anode 19 , the connections 20 , 21 of which are connected to the unit 5 for temporal resolution analogous to FIG. 2. The window of the MCP-PMT can consist of a "fiber optic window" for better spatial resolution of the system.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Proben ist die Koinzidenzeinheit 39 mit den TAC-Ausgän gen 24 und 25 verbunden und ebenso die Datenspeicher- und Prozeß-Einheit 28. Die Synchronisiereinheit 6 und deren Verbindung entsprechen der Fig. 2.In the present exemplary embodiment with a large number of samples, the coincidence unit 39 is connected to the TAC outputs 24 and 25 and also the data storage and process unit 28 . The synchronization unit 6 and its connection correspond to FIG. 2.

Das TSCSPC-System mit einer Probe und Referenz (Fig. 2) arbeitet wie folgt:
Es sei angenommen, daß die Energieversorgung eingeschaltet ist, eine Probe in die Probenzelle 9 sowie eine Referenzpro be in die Referenzzelle 8 eingesetzt ist und ein Laser kurze, z. B. Pikosekunden, Lichtimpulse hoher Frequenz aussendet. Der Laserstrahl wird durch den halbdurchlässigen Spiegel 2 in zwei Teilstrahlen aufgespalten. Der durch den Spiegel durchtretende Teil des Strahles (ca. 90%) gelangt durch die Referenzzelle 8 in die Probenzelle 9, in der sich die Probe befindet. Der reflektierte Teil des Strahles (ca. 10%) gelangt an die zeitliche Synchronisiereinheit 6, z. B. eine PIN-diode, deren Ausgang an den Starteingängen der TAC 24 und 25 liegt. Das elektrische Ausgangssignal der PIN-Pho todiode triggert die TAC 24, 25.The TSCSPC system with a sample and reference ( Fig. 2) works as follows:
It is assumed that the power supply is switched on, a sample is inserted into the sample cell 9 and a reference sample is inserted into the reference cell 8 and a laser is short, e.g. B. picoseconds, emits light pulses of high frequency. The laser beam is split into two partial beams by the semi-transparent mirror 2 . The part of the beam passing through the mirror (approx. 90%) passes through the reference cell 8 into the sample cell 9 in which the sample is located. The reflected part of the beam (approx. 10%) reaches the time synchronization unit 6 , e.g. B. a PIN diode, the output of which is at the start inputs of the TAC 24 and 25 . The electrical output signal of the PIN photodiode triggers the TAC 24 , 25 .

Der durch den halbdurchlässigen Spiegel 2 hindurchgetretene Teil des Laserstrahls erzeugt in der Probe der Probenzelle 9 Fluoreszenz und erzeugt in der Referenzzelle 8 Streulicht oder einen ultraschnellen Fluoreszenzabfall (Pseudostreu licht). Zur Steuerung der Fluoreszenzintensität sind die kontinuierlich verstellbaren Abschwäche-Filter 10, 11 mit neutraler Dichte vorgesehen. Ein Filter 13 ist ein "Longpas- Kanten-Filter", um das gesamte Erregerlicht des Lasers zu entfernen. Als weiteres Filter kann ein Polarisationsfilter vorgesehen sein. Das keilförmige Filter 12 ist für die Kom pensation kleiner Differenzen der optischen Weglänge beider Zweige vorgesehen. Das von der Probe und der Referenz emit tierte Licht gelangt abwechselnd auf den Lichtleiter 14, der unmittelbar hinter den Filtern vorgesehen ist und der auf einer mechanischen Verschiebevorrichtung 29 angeordnet ist, die ihrerseits durch eine Steuereinheit 7 gesteuert wird. Über die mechanische Verbindung 15 kann der Lichtlei ter 14 entweder dem Filter 12 oder dem Filter 13 zugeordnet werden. In der erstgenannten Position tritt das emittierte Licht der Referenzzelle 8 in den Lichtleiter 14 ein, wäh rend in der zweiten Position die Fluoreszenz der Probenzel le 9 in den Lichtleiter 14 eintritt. Der Ausgang des Licht leiters 14 ist an einen Polychromator gekoppelt, in dem das Licht abgelenkt und entsprechend der Wellenlänge räumlich aufgelöst wird. Das räumlich aufgelöste Licht, das den Polychromator verläßt, trifft auf die Photokatode 17 des Zeit-Raum-Detektors 4 (innerhalb des gestrichelten Berei ches). Jedes Photon, das auf die Photokatode 17 auftrifft, verursacht das Emittieren eines Elektrons, das beim Durch gang durch die Vielkanalplatten verstärkt wird. Am Ausgang der zweiten Vielkanalplatte entsteht ein Kegel aus einer Vielzahl Elektronen, die einen Impuls einer elektrischen Ladung darstellen. Dieser elektrische Impuls trifft auf einen bestimmten Punkt der Verzögerungsleitungsanode 19, der dem entsprechenden Punkt auf der Photokatode 17 ent spricht, auf der das Photon ursprünglich auftraf. Daraus ergibt sich, daß dieser Punkt einer bestimmten Wellenlänge entspricht, die durch den Polychromator 16 erzeugt wird. Der elektrische Impuls in der Verzögerungsleitungsanode 19 wird in zwei Teile aufgespalten, die über Anschlüsse 20, 21 weitergeleitet werden und durch die CFD 22, 23 diskrimi niert werden. Sie werden dann als Stopp-Eingangssignale der Zeit-Amplituden-Wandler 24, 25 verwendet. Diese Signale stoppen die Zeit-Amplituden-Wandler, die vorher durch ein Signal der Synchronisiereinheit 6 gestartet wurden. Ein Zeit-Amplituden-Wandler ist eine Einrichtung, deren Aus gangsspannung proportional dem Zeitintervall zwischen den Signalen ist, die an den Start-Stopp-Eingängen ankommen. Die CFD 22, 23 eliminieren Jitter in den Start-Stopp-Signa len, die durch Variationen der Signal-Intensität hervorgeru fen werden. Die Filter 10, 11 begrenzen die Lichtintensität in dem Umfang, wie es für die Einzelphotonenzählung erfor derlich ist. Das Filter 12 entfernt Erregerlicht des La sers, das die Fluoreszenz beeinflußt, und das keilförmige Filter 12, das aus transparentem Glas hergestellt ist, korrigiert Differenzen in der optischen Weglänge beider Zweige. Das Polarisationsfilter korrigiert Einflüsse, die durch Rotation von Molekülen in flüssigen Proben hervorgeru fen werden.The part of the laser beam that has passed through the semitransparent mirror 2 generates fluorescence in the sample of the sample cell 9 and generates scattered light or an ultrafast fluorescence drop (pseudo scattered light) in the reference cell 8 . To control the fluorescence intensity, the continuously adjustable attenuation filters 10 , 11 are provided with a neutral density. A filter 13 is a "long-pass edge filter" to remove all of the excitation light from the laser. A polarization filter can be provided as a further filter. The wedge-shaped filter 12 is provided for the compensation of small differences in the optical path length of both branches. The light emitted by the sample and the reference passes alternately onto the light guide 14 , which is provided directly behind the filters and which is arranged on a mechanical displacement device 29 , which in turn is controlled by a control unit 7 . Via the mechanical connection 15 , the Lichtlei ter 14 can be assigned to either the filter 12 or the filter 13 . In the first-mentioned position, the emitted light of the reference cell 8 enters the light guide 14 , while in the second position the fluorescence of the sample cell 9 enters the light guide 14 . The output of the light guide 14 is coupled to a polychromator in which the light is deflected and spatially resolved according to the wavelength. The spatially resolved light that leaves the polychromator hits the photocatode 17 of the time-space detector 4 (within the dashed area). Each photon striking the photocathode 17 causes an electron to be emitted which is amplified as it passes through the multi-channel plates. At the output of the second multi-channel plate, a cone is formed from a large number of electrons, which represent a pulse of an electrical charge. This electrical pulse strikes a certain point of the delay line anode 19 , which speaks to the corresponding point on the photocatode 17 , on which the photon originally struck. It follows from this that this point corresponds to a specific wavelength which is generated by the polychromator 16 . The electrical pulse in the delay line anode 19 is split into two parts, which are forwarded via connections 20 , 21 and discriminated by the CFD 22 , 23 . They are then used as stop input signals of the time-amplitude converters 24 , 25 . These signals stop the time-to-amplitude converters that were previously started by a signal from the synchronization unit 6 . A time-to-amplitude converter is a device whose output voltage is proportional to the time interval between the signals that arrive at the start-stop inputs. The CFD 22 , 23 eliminate jitter in the start-stop signals, which are caused by variations in the signal intensity. The filters 10 , 11 limit the light intensity to the extent necessary for the single photon count. The filter 12 removes excitation light from the laser, which affects the fluorescence, and the wedge-shaped filter 12 , which is made of transparent glass, corrects differences in the optical path length of both branches. The polarization filter corrects influences caused by the rotation of molecules in liquid samples.

Die Ausgangsspannung U1 des Zeit-Amplituden-Wandlers 24 ist proportional dem Zeitintervall t + x/v, während die Aus gangsspannung U2 des Zeit-Amplituden-Wandlers 25 proportio nal dem Zeitintervall t + (l -x)/v ist, worin t die Zeitdif ferenz zwischen den Photonen ist, die die Synchronisierein heit 6 und die Photokatode 17 erreichen. l ist die Länge der Verzögerungsleitungsanode 19, v ist die Geschwindigkeit der Ladungsausbreitung und x die Koordinate, bei der der Ladungspuls auf die Verzögerungsleitungsanode 19 trifft, was in diesem Fall dem Abstand zwischen diesem Punkt des Auftreffens und dem Ende des Anschlusses 20 oder 21 ent spricht. The output voltage U1 of the time-amplitude converter 24 is proportional to the time interval t + x / v, while the output voltage U2 of the time-amplitude converter 25 is proportional to the time interval t + (l -x) / v, where t is the Time difference is between the photons that the Synchronisierein unit 6 and the photocatode 17 reach. l is the length of the delay line anode 19 , v is the velocity of the charge spreading and x the coordinate at which the charge pulse hits the delay line anode 19 , which in this case speaks to the distance between this point of impact and the end of the terminal 20 or 21 .

Der Addierer 26 addiert die Spannungen U1 und U2, voraus sich eine Ausgangsspannung ergibt, die proportional zu 2t + 1/v ist, d. h. sie trägt die Information der Zeit. Die Ausgangsspannung des Subtrahierers 27 ist gleich der Diffe renz U1 -U2 und proportional zu 2x - 1/v, d. h. sie trägt die Information der Raumkoordinate x, die der Wellenlänge der Fluoreszenzquelle entspricht. Der Ausgang des Addierers 26 und des Subtrahierers 27 liegen an den Eingängen der Da tenspeicher- und Prozeß-Einheit 28. Die Steuereinheit 7 der Verschiebevorrichtung 29 gibt Informationen über die Lage des Lichtleiters 14 (d. h. ob er sich gegenüber dem keilförmigen Filter 12 oder dem Filter 13 befindet) zu einem der Eingänge der Daten-Speicher und Prozeßeinheit 28.The adder 26 adds the voltages U1 and U2 before there is an output voltage which is proportional to 2t + 1 / v, ie it carries the information of the time. The output voltage of the subtractor 27 is equal to the difference U1 -U2 and proportional to 2x - 1 / v, ie it carries the information of the spatial coordinate x, which corresponds to the wavelength of the fluorescence source. The output of the adder 26 and the subtractor 27 are at the inputs of the data storage and process unit 28th The control unit 7 of the displacement device 29 gives information about the position of the light guide 14 (ie whether it is located opposite the wedge-shaped filter 12 or the filter 13 ) to one of the inputs of the data memory and process unit 28 .

Im Fall der WE-DL-MCP-PMT oder ähnlicher Multianoden MCP-PMT′s zur zweidimensionalen Ortserfassung (z. B. Spi ral-Anoden) werden die Ladungen Q₁ und Q₂, die auf den beiden keilförmigen Elektroden 51, 52 (Fig. 6) deponiert wurden, durch zwei rauscharme Verstärker geführt und mit zwei AD-Wandlern ausgelesen. Die Y-Koordinate berechnet sich dann einfach ausIn the case of the WE-DL-MCP-PMT or similar multianodes MCP-PMT's for two-dimensional location detection (e.g. spiral anodes), the charges Q₁ and Q₂, which are on the two wedge-shaped electrodes 51 , 52 ( Fig. 6) were deposited, passed through two low-noise amplifiers and read out with two AD converters. The Y coordinate is then simply calculated

wobei J die Gesamtlänge der Anode in Y-Richtung ist.where J is the total length of the anode in the Y direction.

Bezugnehmend auf Fig. 3 soll der TSCSPC mit einer Vielpro benplatte erläutert werden. Der Laser und der halbdurchläs sige Spiegel als Strahlteiler sind die gleichen wie in vor hergehenden Systemen (Fig. 2). Der durch den halbdurchlässi gen Spiegel durchtretende Teil des Laserstrahles tritt in die Vorrichtung 31 zur optischen Strahlaufweitung, z. B. eine Zylinderlinse oder ein optisches Faserbündel und trifft auf die Probenplatte als schmale Linie. Diese schma le Linie tritt durch die Probenplatte 33 und regt die Proben, die z. B. in einer Gelschicht in n-Reihen und m-Spal ten angeordnet sind, von hinten bzw. von vorn an. Eine Reihe kann Referenzproben enthalten, während die übrigen Reihen (n -1) die zu untersuchenden Proben enthalten.Referring to Fig. 3, the TSCSPC will be explained with a multi-sample plate. The laser and the semi-transparent mirror as a beam splitter are the same as in previous systems ( Fig. 2). The part of the laser beam passing through the semi-transparent mirror enters the device 31 for optical beam expansion, for. B. a cylindrical lens or an optical fiber bundle and hits the sample plate as a narrow line. This narrow line passes through the sample plate 33 and excites the samples, e.g. B. are arranged in a gel layer in n rows and m columns th, from behind or from the front. One row can contain reference samples, while the remaining rows (n -1) contain the samples to be examined.

Der vom halbdurchlässigen Spiegel 2 reflektierte Teil des Laserstrahls triggert die Synchronisiereinheit 6, z. B. eine PIN-Photodiode, deren Signale an die Starteingänge der Zeit-Amplituden-Wandler 24, 25 gehen und diese auf diese Weise starten. Das laserinduzierte Fluoreszenz-Licht tritt in den Lichtleiter 32 ein, in der die Fluoreszenz jeder individuellen Probe aufgefangen und durch eine individuelle Faser auf eine bestimmte Stelle der Photokatode geleitet wird. Durch das auftreffende Photon wird ein Elektron in der Photokatode emittiert, welches nach Verstärkung als elektrischer Impuls an einem bestimmten Ort auf die Verzöge rungsleitungsanode 19 trifft, so daß jeder Punkt auf dieser Verzögerungsleitung einer individuellen Probe entspricht. Der elektrische Puls wird in der Verzögerungsleitung in zwei Teile gespalten, die durch die Anschlüsse 20, 21 weitergeleitet und in der vorher beschriebenen Art weiter verarbeitet werden.The part of the laser beam reflected by the semi-transparent mirror 2 triggers the synchronization unit 6 , e.g. B. a PIN photodiode, the signals of which go to the start inputs of the time-amplitude converters 24 , 25 and start them in this way. The laser-induced fluorescence light enters the light guide 32 , in which the fluorescence of each individual sample is collected and guided through an individual fiber to a specific location on the photocatode. Due to the incident photon, an electron is emitted in the photocathode, which after amplification as an electrical pulse hits the delay line anode 19 at a specific location, so that each point on this delay line corresponds to an individual sample. The electrical pulse is split into two parts in the delay line, which are passed on through the connections 20 , 21 and processed further in the manner described above.

Um einen sogenannten "Zwei-Photonen-Fall" auszuschließen, d. h. daß ein zweites Photon auf die Photokatode trifft, während die Verarbeitung des ersten Photons noch abläuft, ist eine Koinzidenzeinheit 39 vorgesehen, die solche uner wünschten Vorgänge dadurch ausschließt, daß geprüft wird, ob l = x/v + (1 -x)/v erfüllt ist, da das die Bedingung für die Gültigkeit des "Ein-Photonen-Falles" ist, wobei l die Gesamtlänge der Delay-Line-Anode darstellt. Fälle, die diese Bedingung nicht erfüllen, werden ausgeschlossen. Das erfaßte Fluoreszenz- und Streulicht der ersten Referenzrei he (die keine Probe enthält), d. h. die Hintergrund-Emission der Glasplatte und der Gelschicht kann für die Korrektur der erfaßten Probenfluoreszenz der übrigen (n -1)-Reihen genutzt werden.In order to rule out a so-called "two-photon case", that is to say that a second photon hits the photocatode while the processing of the first photon is still in progress, a coincidence unit 39 is provided which precludes such undesired processes by checking whether l = x / v + (1 -x) / v is satisfied, since this is the condition for the validity of the "one-photon case", where l represents the total length of the delay line anode. Cases that do not meet this condition are excluded. The detected fluorescence and scattered light of the first reference series (which contains no sample), ie the background emission of the glass plate and the gel layer can be used for the correction of the detected sample fluorescence of the other (n -1) series.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind prinzipiell die gleichen Baugruppen wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vorgesehen. Der Unterschied besteht darin, daß anstelle eines Lichtleiters 14 mit einem gegenüber der Referenz und der Probe beweglichen Ende ein schwingender Spiegel 41 zwischen der Referenzzelle 8 und der Probenzelle 9 vorgese hen ist.In principle, the same assemblies as in the embodiment of FIG. 2 are provided in the embodiment of FIG. 4. The difference is that instead of an optical fiber 14 with a movable end with respect to the reference and the sample, an oscillating mirror 41 is provided between the reference cell 8 and the sample cell 9 .

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind zwei hin- und herschwingende Lichtleitfaserbündel 42 und 43 vorgesehen, die zwischen Lichteintrittsleisten 44 bzw. 45 sowie Licht austrittsleisten 46 bzw. 47 gebündelt sind. Diese Anordnung ist insbesondere für die optische Tomographie einsetzbar. Bei der dargestellten Probe 48 und der Referenz 49 kann es sich z. B. um menschliche Mamalia handeln, die auf das Vorhandensein eines Karzinoms (51) untersucht werden sol len. Dabei stellt die Probe 48 die Brust mit dem Karzinom dar, während die Referenz 49 die karzinomfreie Brust dar stellt. Für die Untersuchung werden abwechselnd die Licht leitfaserbündel 42 und 43 vor den MCP-PMT 50 geschwenkt. Die Lichteintrittsleisten 44 bzw. 45 nehmen dabei dann die Form von halbkugelförmigen, der Brust angepaßten, Büstenhal tern ähnlichen Gebilden an. Die Messung erfolgt in der Weise, wie sie in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde.In the embodiment of FIG. 5, two oscillating optical fiber bundles 42 and 43 are provided, which are bundled between light entry strips 44 and 45 and light exit strips 46 and 47, respectively. This arrangement can be used in particular for optical tomography. In the illustrated sample 48 and the reference 49 , it can be, for. B. to act human mammals, which should be examined for the presence of a carcinoma ( 51 ) len. Sample 48 represents the breast with the carcinoma, while reference 49 represents the carcinoma-free breast. For the examination, the optical fiber bundles 42 and 43 are alternately pivoted in front of the MCP-PMT 50 . The light entry strips 44 and 45 then take the form of hemispherical, breast-adapted, brassiere-like structures. The measurement is carried out in the manner described in the previous exemplary embodiments.

Claims

1. A method for time- and spatially resolved fluorescence or scattered light spectroscopy, characterized in that the temporal and spatial course of the intensity of the decay curves of the fluorescence caused by light irradiation in a sample or scattering by single photon measurement for a variety of wavelengths or Local coordinates can be determined simultaneously using the two-beam method.

2. The method according to claim 1, characterized in that the temporal and spatial course of fluorescence or the scattered light alternately for the sample and for with a reference every second or sub second be telt and that these signals then at the end the measurement are coupled together.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that a simultaneous analysis of several fluores zenz- or scattered light decay curves with coupling of a Parameter or several parameters is carried out and that an assignment of the wavelength or location dependent fluorescence or scattered light decay curves with the associated scattered light or pseudo scattered light ref limit curves.

4. Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that several samples and references by the light beam one after the other can be scanned by either sampling or References are pushed one after the other into the light beam or the light beam over the samples and references zen is scanned.

5. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 with a pulsed radiation source, a radiation splitter, a unit for spatial resolution which has at least one polychromator or another device for spatial resolution, with a photoelectronic multiplier and with a unit for temporal resolution, the time-amplitude converter, adder and subtractor and a data storage and process unit and which is assigned a synchronization unit, characterized in that the radiation source ( 1 ) is assigned an object to be examined and a reference object are and that at least one the polychromator ( 16 ) or another device for spatial resolution optionally with the sample or the reference optically connecting device is provided.

6. The device according to claim 5, characterized in that a sample cell ( 9 ) and a reference cell ( 8 ) are provided for receiving the object to be examined and the reference object.

7. The device according to claim 5, characterized in that that the optically connecting device in direct There is contact with the sample and the reference.

8. The device according to at least one of claims 5 to 7, characterized in that a light guide ( 14 ) is provided as an optically connecting device, one end of which is firmly connected to the polychromator ( 16 ) and the other end of both the reference and the Sample is assignable.

9. The device according to at least one of claims 5 to 7, characterized in that an optically connecting device in the beam path in front of the polychromator ( 16 ) optionally in the beam path between the polychromator ( 16 ) and the sample or between the polychromator ( 16 ) and the reference pivotable mirror ( 41 ) is provided.

10. The device according to at least one of claims 5 to 7, characterized in that each of the sample or the reference permanently assigned optical fiber bundle ( 42 , 43 ) is provided as the optically connecting device, which alternately in the beam path of the MCP-PMT ( 50th ) can be swiveled in.

11. The device according to at least one of claims 5 to 10, characterized in that the device for optional optical connection of the polychromator ( 16 ) with the sample or the reference is connected to a control unit ( 7 ).

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the control unit ( 7 ) has a displacement device ( 29 ) and a timer ( 30 ).

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the displacement device ( 29 ) via a mechanical connection ( 15 ) with the light guide ( 14 ) is connected.

14. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the unit ( 3 ) for spatial resolution has a device ( 31 ) for beam expansion, which is assigned a translucent sample plate ( 33 ) in the beam path and that the sample plate ( 33 ) a light guide ( 32 ) is arranged nachge, which is connected to a time-space detector ( 4 ) op table.

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the sample plate ( 33 ) has sample cells ( 35 ) which are arranged in m columns and n rows, the sample cells ( 35 ) serving as reference cells in one row and (n - 1) -Lines with sample cells ( 35 ) serve as measuring cells that the device for beam expansion ( 31 ) consists of n optical fibers and the light guide ( 32 ) also has n optical fibers.

16. The apparatus according to claim 14 and 15, characterized in that the sample plate ( 33 ) is assigned a control unit ( 40 ) having a shifting device ( 37 ) with a step-by-step character and a timer ( 30 ).

17. The apparatus of claim 14 and 15, characterized in that a computer-controlled movable mirror is provided for deflecting the excitation laser beam and raster-like scanning of the sample plate ( 33 ).

18. The apparatus according to claim 14 and 15, characterized records that confocal scanning light microscopy is applied.

19. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the outputs of the time-amplitude converter ( 24 , 25 ) are connected to inputs of a coincidence unit ( 39 ), the output of which is connected to the data storage and process unit ( 28 ) connected is.

20. Device according to at least one of the preceding An sayings, characterized in that a reference Pseudo-scatter reference sample is provided.

21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the pseudo-scatter reference sample from the sample and added electron or energy acceptor or -Donator exists.

22. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a DL-MCP-PMT is provided with auxiliary electrodes ( 51 , 52 ) for two-dimensional location detection.